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CC2420和MMA7260的无线传感器数据采集系统

发布时间:2020-02-03 03:58:55 阅读: 来源:色浆厂家

摘要:简要介绍了ZigBee技术协议以及CC2420和MMA7260的性能和特点,设计了一种基于CC2420和MMA7260的无线传感器数据采集系统,给出了具体的软、硬件设计方法以及实际测试结果。该系统选用高灵敏度的三轴加速度传感器芯片MMA7260来采集机构的振动加速度信号,再通过支持ZigBee无线传输协议的CC2420把数据发送给接收装置。关键词:CC2420;MMA7260;ZigBee;数据采集

本文引用地址:引言 随着工业测控系统规模的不断扩大以及数据采集的多样性,有线网络由于安装盒成本高昂以及使用不便等缺点受到很大的限制,而无线传感器网络凭借投资成本低、结构灵活、易于改造、无需布线等优势,在数据采集领域得到了比较广泛的应用。ZigBee无线传输协议是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度、低数据传输速率且低成本的双向无线网络通信技术,主要应用于工业控制、传感数据采集和系统监控等领域。工业中各种机构的振动对机械产品的工作性能有较大影响,机构疲劳损坏容易导致生产过程中事故的发生。因此,采用传感器来采集振动信号用于分析产品性能和预防事故的发生具有重大意义。

1 ZigBee技术协议简介 2002年8月ZigBee联盟成立,由英国Invenys公司、日本三菱电气公司、美国Motorola公司以及荷兰Philips公司组成。IEEE 802.15.4的ZigBee协议标准于2003年5月获得批准。ZigBee技术的物理层和数据链路层(包括逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC)协议主要采用IEEE 802.15.4标准,而ZigBee联盟主要负责网络层和应用汇聚层的开发,以及制定其安全协议和市场推广等。ZigBee协议体系架构如图1所示。

ZigBee的名字来源于蜂群赖以生存和发展的通信方式,故又称为“紫蜂”技术。该协议的拓扑结构包括星形、树状和网状拓扑结构,开发者可以根据不同的应用需求来选择相应的网络拓扑结构,从而有效地降低成本,提高系统运行效率。相对于其他无线通信网络技术,ZigB-ee具有如下特点: ①功耗低。在低功耗待机模式下,2节五号电池可支持长达6个月到2年左右的使用时间。 ②数据传输速率低,只有10~250 kbps。 ③成本低,工作频段灵活。由于数据传输速率低、协议简单,使用的频段分布在24 GHz、868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国),均为免执照频段,大大降低了使用成本。 ④时间延迟短。正常通信情况下,时间延迟为l5~3O ms。 ⑤安全性高。提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用高级加密标准(AES-128)的算法,安全性很高。

2 CC2420和MMA7260芯片简介 CC2420基于Chipcon公司的Smart RF03技术,使用O.18μm的CMOS工艺生产,具有很高的集成度。该芯片具有完全集成的压控振荡器,只需要天线、16 MHz晶振等非常少的外围电路就能在2.4 GHz频段工作;并且提供一个SPI接口与微处理器相连,完成寄存器的设置和收发数据的任务。CC2420的选择性和敏感性指数都超过了IEEE 802.15.4标准的要求,可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持的最高数据传输速率可达250 kbps,可以实现多点对多点的快速组网。 HFZ-CC2420EM-22 ZigBee射频模块是采用CC2420射频芯片制成的无线通信模块,支持ZigBee协议栈。该模块集成有天线和CC2420其他的外围器件,可以通过SPI接口直接与8位、16位或32位的MCU相连,使用方便。 MMA7260是飞思卡尔公司生产的低成本微型电容式三轴加速度传感器。它采用信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,提供±1.5g /2g/4g/6g四个量程,用户可在这4个灵敏度中选择。该器件带有低通滤波并已做0g补偿,提供休眠模式,因而是电池供电的无线数据采集的理想之选。该芯片具有如下特性: ◆可选灵敏度,±1.5g/2g/4g/6g; ◆低功耗,工作时电流为500μA,休眠模式下为3μA; ◆低压运行,工作电压为2.2~3.6 V; ◆高灵敏度,在1.5g量程下为800 mV/g; ◆低通滤波器具有内部信号调理功能; ◆设计稳定,防震能力强。

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